[发明专利]一种固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度测试方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度实验测试方法，该方法基于红外测温原理测试获得推进剂燃烧喷焰等离子体长度，根据微波干涉法测试获得推进剂燃烧喷焰微波信号衰减以及相移信号，进而经过数学处理获得固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度。该方法克服了探针法干扰燃烧喷焰、光谱法与推进剂燃烧喷焰温度不适应等缺点，主要是一种基于桥式电路的微波装置，特别适宜于观测瞬变等离子体，优化集成了红外热像仪和微波干涉仪，并将其应用于固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度测试，大大提高了测量结果的准确度。该测试方法设计合理、操作简便，可为微波制导与等离子推进武器用固体推进剂配方设计提供依据。

主权项

固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度实验测试方法，其特征在于，该测试方法包括如下步骤：步骤一，用靶板对红外热像仪进行标定，比例尺定义为K＝1.2/NL1，单位为米每像素(m/px)，其中1.2为靶板中1.2m黑色边框宽度，NL1为标定图像中靶板中心1.2m黑色边框所占图像宽度，单位为像素(px)；步骤二，在确定了红外热图中像素与实际尺寸之间的比例关系后，对红外热图中燃烧喷焰区域作最小外接矩形，若外接矩形的宽度所占像素数为N，则燃烧喷焰的等离子尺寸按式L＝N×K计算，其中L为红外热图中的等离子尺寸，单位为米(m)，N为红外热图中火焰外接矩形的长边在图像中所占像素数；步骤三，推进剂装药采用Φ36mm发动机装药，测量推进剂的内、外径、长度，在药柱一端粘包覆片后称重，每组五发，将试样编号；根据动机工作压力、推进剂品种及性能选择适当的发动机喷管；点火药选用小2#黑火药，药量根据被测推进剂而定，称好的点火药用绸布将其与点火头包扎成点火药包；步骤四，按技术要求装配好发动机，将装配好的发动机固定在测试台架上，接好测压传感器及点火线；测压系统静态标定按GJB770B－2005方法705.2比冲推力台法进行；记录实验室环境温度；步骤五，调试并使红外热像仪及高速数据采集仪工作正常，设置数据采集器的采集速度为1000点/s，设置红外热像仪的辐射系数为0.1；发动机点火，自动采集发动机红外热图，并存入磁盘，处理获得红外热图中火焰外接矩形在图像中所占像素数，并根据步骤二处理获得固体推进剂燃烧喷焰等离子体尺寸；步骤六，微波干涉仪的发射天线与接收天线分别位于发动机喷口两边，且与发动机喷口方向垂直，根据步骤一～步骤五确定的固体推进剂燃烧喷焰等离子体宽度，调节发射天线与接收天线的距离，使其与燃烧喷焰等离子体直径相适应；步骤七，为使微波干涉仪的发射天线与接收天线位于同一轴线上，设计加工天线架台，专用台架上微波干涉仪发射接收端电子器件部分用绝热夹套保护起来，探针的高度可以自由调节，发射天线与接收天线之间的距离可以自由调节；步骤八，按权利要求1所述步骤三、步骤四做好发动机试验准备，每发试验前，检查调试微波干涉仪的零点及满量程；开启数据采集器以及红外热像仪，发动机点火，自动采集微波干涉仪的衰减、相移信号以及发动机红外热图，并存入磁盘；步骤九，按权利要求1中步骤六～步骤八获得微波干涉仪测试结果相移和衰减幅值，进而由公式即可获得固体推进剂燃烧喷焰自由电子浓度，其中为微波干涉仪的相移，单位为度(°)，Δη为微波干涉仪的衰减幅值，单位为分贝(dB)，n为固体推进剂燃烧喷焰的自由电子浓度，单位为每立方厘米(cm‑3)；步骤十，固体推进剂燃烧喷焰工作时间内的平均自由电子浓度：推进剂的工作时间区域由发动机压力‑时间曲线来确定，由即可获得固体推进剂燃烧喷焰工作时间内的平均自由电子浓度，其中Δt为推进剂的工作时间，单位为秒(s)，n(t)为推进剂工作t时刻燃烧喷焰的自由电子浓度，单位为每立方厘米(cm‑3)，为推进剂燃烧喷焰工作时间内的平均自由电子浓度，单位为每立方厘米(cm‑3)。